JP2016100196A - 固体酸化物型燃料電池用アノードおよびその製造方法、ならびに燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法 - Google Patents
固体酸化物型燃料電池用アノードおよびその製造方法、ならびに燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016100196A JP2016100196A JP2014236434A JP2014236434A JP2016100196A JP 2016100196 A JP2016100196 A JP 2016100196A JP 2014236434 A JP2014236434 A JP 2014236434A JP 2014236434 A JP2014236434 A JP 2014236434A JP 2016100196 A JP2016100196 A JP 2016100196A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- anode
- electrolyte layer
- oxide
- manufacturing
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
- H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8875—Methods for shaping the electrode into free-standing bodies, like sheets, films or grids, e.g. moulding, hot-pressing, casting without support, extrusion without support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
- H01M4/8652—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites as mixture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/8668—Binders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
- H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
- H01M4/8885—Sintering or firing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
- H01M4/9025—Oxides specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
- H01M4/9025—Oxides specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
- H01M4/9033—Complex oxides, optionally doped, of the type M1MeO3, M1 being an alkaline earth metal or a rare earth, Me being a metal, e.g. perovskites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8684—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Description
非特許文献1では、NiOとBaZryCe0.8−yY0.2O3−δとを含むペレットを、空気中、1450℃で5時間焼成している。
前記第1工程で得られる成形物を、50体積%以上の酸素を含む雰囲気下、1100〜1350℃で焼成してアノードを生成させる第2工程を含む、固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法に関する。
プロトン伝導性を有するペロブスカイト型酸化物と、ニッケル酸化物との混合物を成形する工程A、
前記工程Aで得られる成形物の一方の主面に、プロトン伝導性を有するペロブスカイト型酸化物を含むペーストの塗膜を形成する工程B、および
前記塗膜が形成された前記成形物を、50体積%以上の酸素を含む雰囲気下、1100〜1350℃で焼成して、前記成形物から前記アノードを、前記塗膜から前記固体電解質層を、それぞれ生成させるとともに、前記アノードと前記固体電解質層とを一体化させる工程Cを含む、燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法に関する。
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本発明の一実施形態は、(1)プロトン伝導性を有するペロブスカイト型酸化物と、ニッケル化合物とを含む混合物を成形する第1工程(成形工程)、および
第1工程で得られる成形物を、50体積%以上の酸素を含む雰囲気下、1100〜1350℃で焼成してアノードを生成させる第2工程(本焼成工程)を含む、固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法に関する。
プロトン伝導性を有するペロブスカイト型酸化物と、ニッケル酸化物との混合物を成形する工程A、
工程Aで得られる成形物の一方の主面に、プロトン伝導性を有するペロブスカイト型酸化物を含むペーストの塗膜を形成する工程B、および
塗膜が形成された成形物を、50体積%以上の酸素を含む雰囲気下、1100〜1350℃で焼成して、成形物からアノードを、塗膜から固体電解質層を、それぞれ生成させるとともに、アノードと固体電解質層とを一体化させる工程Cを含む、燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法に関する。本実施形態によれば、固体酸化物型燃料電池を高出力化することができる電解質層−電極接合体(アノード支持固体電解質層)が得られる。
本発明の実施形態の具体例を、適宜図面を参照しつつ以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
アノードは、第1工程(成形工程)および第2工程(本焼成工程)を経ることにより形成できる。必要に応じて、第1工程の後、第2工程の前に、バインダを除去する工程(脱バインダ工程)および/または仮焼成工程を行ってもよい。脱バインダ工程と仮焼成工程との双方を行う場合、脱バインダ工程後に仮焼成工程を行うことが好ましい。以下、各工程についてより具体的に説明する。
成形工程では、ペロブスカイト型酸化物と、ニッケル化合物とを含む混合物を所定形状に成形する。混合および成形はそれぞれ公知の方法で行うことができる。成形物の形状は、燃料電池に合わせて適宜決定でき、例えば、ペレット状、プレート状またはシート状などであってもよい。
なお、上記のペロブスカイト型酸化物において、酸素欠損量δは、0≦δ≦0.15または0≦δ≦0.11であってもよい。
成形工程では、材料を混合した混合物を、必要に応じて、さらに造粒し、得られる造粒物を成形してもよい。また、必要に応じて、造粒物を粉砕処理し、粉砕物を成形に供してもよい。
成形工程で、バインダを含む混合物を成形する場合、成形物中に残存するバインダを脱バインダ工程で除去することが好ましい。バインダを除去することで、アノード性能が低下することを抑制できる。
仮焼成工程では、成形工程または脱バインダ工程で得られる成形物を、本焼成工程に先立って、仮焼成する。仮焼成工程は、本焼成工程の温度よりも低い温度で行うことができる。脱バインダ工程を行う場合には、仮焼成の温度は、脱バインダ工程の温度よりも高いことが望ましい。仮焼成工程を行うことで、後続の工程におけるハンドリングおよび/または作業性などを向上できる。
仮焼成は、空気中で行ってもよく、本焼成工程と同様に、酸素を多く含む雰囲気下で行ってもよい。仮焼成雰囲気中の酸素含有量は、本焼成工程における酸素含有量と同様の範囲から選択してもよい。
仮焼成は、常圧下または加圧下で行ってもよい。
本焼成工程では、成形工程(もしくは、脱バインダ工程または仮焼成工程)で得られる成形物を焼成する。このとき、酸素を多く含む雰囲気下、比較的低い温度で、成形物を焼成することが重要である。このような条件で焼成を行うことにより、ニッケル化合物の凝集を抑制しながらも、ペロブスカイト型酸化物とニッケル化合物との焼結の程度を高めることができる。
本焼成は、常圧下または加圧下で行うことができる。
得られるアノードは、多孔質構造を有しており、触媒成分である酸化ニッケル(NiO)と、ペロブスカイト型酸化物(固体電解質材料)との複合酸化物などが形成されている。このようなアノードは、固体酸化物型燃料電池(具体的には、PCFC)のアノードに使用される。燃料電池に組み込まれたアノードでは、供給される水素などの燃料を酸化して、プロトンと電子とを放出する反応(燃料の酸化反応)を行うことができる。
酸化ニッケルの平均粒径は、例えば、アノードの断面のSEM写真を撮影し、所定面積の領域に含まれる複数(例えば、50個)の酸化ニッケル粒子の断面の相当円(粒子の断面と同じ面積を有する円)の直径を測定し、平均化することにより算出できる。また、アノードに含まれる酸化ニッケルを還元してNiに変換した後のアノード断面のSEM写真に基づいて、酸化ニッケルの平均粒径を見積もってもよい。具体的には、還元後のアノード断面のSEM写真において、ニッケル粒子とその周囲の空洞(還元で酸素が抜けることにより形成される空洞)部分について外側の輪郭を、もともとの酸化ニッケルの形状とみなすことができる。このようなニッケル粒子とその周囲の空洞部分について、その断面の相当円の直径を測定し、複数箇所(例えば、50箇所)について測定した直径を平均化することにより酸化ニッケルの平均粒径を算出してもよい。このようにして算出される平均値も、酸化ニッケル粒子の断面の相当円の直径から算出される上記の平均値とそれほど大きく変わらず、酸化ニッケルの平均粒径として評価することができる。
本発明の他の実施形態に係る製造方法では、固体電解質層と、固体電解質層を支持するアノードとを有する電解質層−電極接合体(以下、単に接合体とも言う)を製造する。
接合体の製造方法は、上述の工程A(成形工程)、工程B(塗膜形成工程)および工程C(本焼成工程)を含む。工程Aおよび工程Cは、それぞれ、上述のアノードの製造方法における第1工程(成形工程)および第2工程(本焼成工程)に相当する。工程Aの後、工程Cの前に、バインダを除去する脱バインダ工程および/または仮焼成工程を含んでもよい。脱バインダ工程は、工程Aと工程Bとの間および/または工程Bと工程Cとの間に行ってもよい。仮焼成工程は、工程Aと工程Bとの間および/または工程Bと工程Cとの間に行うことができ、工程Aと工程Bとの間に行うことが好ましい。以下、各工程についてより詳細に説明する。
成形工程は、アノードの製造方法における第1工程(成形工程)と同じであり、上述の第1工程における説明を参照できる。
成形工程で、バインダを含む混合物を成形する場合、成形物中に残存するバインダを脱バインダ工程(第1脱バインダ工程)で除去することが好ましい。第1脱バインダ工程は、アノードの製造方法における脱バインダ工程と同じであり、上述の脱バインダ工程における説明を参照できる。
仮焼成工程では、成形工程または第1脱バインダ工程で得られる成形物を、仮焼成する。仮焼成工程は、アノードの製造方法の仮焼成工程について記載した条件で行うことができる。仮焼成工程を行うことで、後続の工程におけるハンドリングおよび/または作業性などを向上できる。
塗膜形成工程では、成形工程、第1脱バインダ工程または仮焼成工程で得られる成形物上に、固体電解質層の前駆体となる塗膜を形成する。塗膜は、プロトン伝導性を有するペロブスカイト型酸化物を含むペーストを成形物の一方の主面に塗布することにより形成できる。塗膜の形成は、公知のコーターやスクリーン印刷などを利用する公知の方法により行うことができる。
ペーストは、さらにバインダを含んでもよい。バインダとしては、第1工程について例示したものから適宜選択できる。バインダの量は、ペロブスカイト型酸化物100質量部に対して、例えば、10〜300質量部または100〜200質量部であってもよい。
ペーストは、必要に応じて、水および/または有機溶媒(第1工程について例示したものなど)などの分散媒を含むことができる。ペーストは、必要に応じて、界面活性剤、および/または解膠剤(ポリカルボン酸など)などの添加剤を含んでもよい。
塗膜形成後、必要に応じて、塗膜を有する成形物を乾燥してもよい。
塗膜にバインダが含まれる場合、固体電解質層の性能低下を抑制する観点から、塗膜形成工程の後、本焼成工程の前に、バインダを除去する脱バインダ工程(第2脱バインダ工程))を行うことが好ましい。成形工程でバインダを用い、第1脱バインダ工程を行わない場合には、第2脱バインダ工程を行うことで、塗膜に残存するバインダだけでなく、成形物に残存するバインダを除去することもでき、アノードの性能低下を抑制することもできる。
本焼成工程では、塗膜形成工程または第2脱バインダ工程で得られる塗膜が形成された成形物を、酸素を多く含む雰囲気下、比較的低い温度で焼成する。本焼成工程により、成形物がアノードに変換されるとともに、塗膜が固体電解質層に変換される。これにより、アノードと固体電解質層とが一体化された接合体が得られる。
セル構造体1は、カソード2と、アノード3と、これらの間に介在する固体電解質層4とを含む。アノード3と固体電解質層4とは一体化され、電解質層−電極接合体5を形成している。
アノード3または接合体5が本発明の実施形態に係る製造方法で製造されることで、アノード3の反応抵抗および/または直流抵抗の増加が抑制され、燃料電池を高出力化することができる。
燃料電池10は、セル構造体1と、セル構造体1のカソード2に酸化剤を供給するための酸化剤流路23が形成されたセパレータ22と、アノード3に燃料を供給するための燃料流路53が形成されたセパレータ52とを含む。燃料電池10において、セル構造体1は、カソード側セパレータ22と、アノード側セパレータ52との間に挟持されている。カソード側セパレータ22の酸化剤流路23は、セル構造体1のカソード2に対向するように配置され、アノード側セパレータ52の燃料流路53は、アノード3に対向するように配置されている。
カソードは、酸素分子を吸着し、解離させてイオン化することができる多孔質の構造を有している。カソード2では、固体電解質層4を介して伝導されたプロトンと、酸化物イオンとの反応(酸素の還元反応)が生じている。酸化物イオンは、酸化物流路から導入された酸化剤(酸素)が解離することにより生成する。
なお、これらのペロブスカイト型酸化物において、酸素欠損量δは、0≦δ≦0.15または0≦δ≦0.11であってもよい。
なお、カソード2と固体電解質層4との間には、必要に応じてバッファ層を形成してもよい。
複数のセル構造体が積層されて、燃料電池が構成される場合には、例えば、セル構造体1と、カソード側セパレータ22と、アノード側セパレータ52とが、一単位として積層される。複数のセル構造体1は、例えば、両面にガス流路(酸化剤流路および燃料流路)を備えるセパレータにより、直列に接続されていてもよい。
カソード側集電体およびアノード側集電体に用いられる構造体としては、例えば、銀、銀合金、ニッケル、ニッケル合金等を含む金属多孔体、金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル等が挙げられる。なかでも、軽量性や通気性の点で、金属多孔体が好ましい。特に、三次元網目状の構造を有する金属多孔体が好ましい。三次元網目状の構造とは、金属多孔体を構成する棒状や繊維状の金属が相互に三次元的に繋がり合い、ネットワークを形成している構造を指す。例えば、スポンジ状の構造や不織布状の構造が挙げられる。
燃料電池は、上記の製造方法により得られるアノードまたは電解質−電極接合体を用いる以外は、公知の方法により製造できる。
(1)セル構造体の作製
下記の手順でセル構造体を作製した。
BCY(BaCe0.8Y0.2O3−δ(δ≒0.1))とNiOとを、バインダ(中京油脂(株)製、セルナWF−804およびセルナWF−610)、添加剤(中京油脂(株)製、セルナD−305)、および適量のエタノールとともに混合し、造粒した。このとき、BCYとNiOとは体積比40:60で混合した。バインダおよび添加剤の量は、BCYおよびNiOの総量100質量部に対して、それぞれ、7.00質量部および0.54質量部とした。得られた造粒物を、直径22mmのダイスを用いて、20kNの力で円盤状のペレットに成形した。
ペレットを、750℃で10時間加熱することにより脱バインダ処理を行った。次いで、得られたペレットを、1000℃で10時間加熱することにより仮焼成を行った。
上記で得られたセル構造体のカソードおよびアノードのそれぞれの表面に、白金ペーストを塗布し、白金メッシュを取り付けることにより、集電体を形成した。さらに、カソード側の集電体の上に、酸化剤流路を有するステンレス鋼製のカソード側セパレータを積層し、アノード側集電体の上に、燃料流路を有するステンレス鋼製のアノード側セパレータを積層して、図2に示す燃料電池Aを製作した。
上記のセル構造体の作製過程で、カソード形成の前に、形成された固体電解質層の表面のSEM写真を撮影した。また、上記で得られたセル構造体を用いて、下記の手順で出力密度、ニッケル化合物の平均粒径、および反応抵抗を求めた。
(a)出力密度
セル構造体を、600℃の加湿雰囲気下において、24時間かけて水和した。水和後のセル構造体を用い、電流密度を変化させながら、出力密度を測定し、出力密度の最大値を求めた。
上記(a)で出力密度を測定した後のセル構造体におけるアノードの断面のSEM写真を撮影した。アノードでは、NiOがNiに還元された状態となっており、還元により酸素が脱離して空洞が形成されている。断面のSEM写真において、Ni粒子とその周囲の空洞部分の外側の輪郭をもともとのNiO粒子の輪郭とみなして、任意に選択した50箇所について輪郭の相当円の直径を測定し、平均値を算出することにより、ニッケル化合物の平均粒径を算出した。その結果、実施例1では、NiOの平均粒径は、1.5μmであった。
動作温度500℃、600℃、および700℃のそれぞれの条件で、開回路状態における交流インピーダンス測定を行い、セル構造体全体の直流抵抗を求めた。このとき、開回路電圧よりも約0.2V低いセル電圧での電流値および電圧値を求め、この電流値および電圧値からセル構造体の全抵抗を求めた。そして、セル構造体の全抵抗からセル構造体全体の直流抵抗を差し引くことにより、セル構造体全体の反応抵抗を求めた。
温度1400℃および大気中で本焼成を行う以外は、実施例1と同様にしてセル構造体を作製し、燃料電池を作製した。そして、実施例1と同様に出力密度および平均粒径の評価を行った。その結果、NiOの平均粒径は、3.3μmであった。
BCYとNiOとの混合比を、30:70(体積比)に変更した以外は、実施例1と同様にしてセル構造体を作製し、燃料電池を作製した。そして、実施例1と同様の評価に出力密度の評価を行った。
実施例および比較例の結果を表1に示す。実施例1〜2はA1〜A2であり、比較例1はB1である。
実施例1および比較例1で形成されたアノードの断面のSEM写真をそれぞれ図3および図4に示す。これらの図に示されるように、比較例1に比べて、実施例1では、ニッケル化合物の粒径が小さく、ニッケル化合物の凝集が抑制されている。
実施例1および比較例1のセル構造体の製造過程で形成された固体電解質層の表面のSEM写真を、それぞれ図5および図6に示す。これらの図に示されるように、実施例では、比較例に比べて緻密で均一な固体電解質層が形成されている。これは、アノードにおいてニッケルの凝集が抑制されているためと考えられる。
2:カソード
3:アノード
4:固体電解質層
5:電解質層−電極接合体
10:燃料電池
21、51:集電体
22、52:セパレータ
23:燃料流路
53:酸化剤流路
Claims (8)
- プロトン伝導性を有するペロブスカイト型酸化物と、ニッケル化合物とを含む混合物を成形する第1工程、および
前記第1工程で得られる成形物を、50体積%以上の酸素を含む雰囲気下、1100〜1350℃で焼成してアノードを生成させる第2工程を含む、固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法。 - 前記ペロブスカイト型酸化物は、AXO3型の結晶構造を有し、AサイトはBaを含み、XサイトはCeおよびYを含む、請求項1に記載の固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法。
- 前記混合物において、前記ニッケル化合物の前記ペロブスカイト型酸化物に対する体積比は、50/50〜75/25である、請求項1または請求項2に記載の固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法。
- 前記第2工程において、前記成形物を、80体積%以上の酸素を含む雰囲気下、1200〜1350℃で焼成する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法。
- 前記混合物は、さらにバインダを含み、
前記第1工程の後で前記第2工程の前に、前記成形物を450℃以上800℃未満の温度で加熱してバインダを除去する工程を含む、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法。 - 前記第1工程の後で前記第2工程の前に、前記成形物を800℃以上1100℃未満の温度で仮焼成する工程を含む、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法。
- 請求項1に記載の製造方法により得られる固体酸化物型燃料電池用アノード。
- 固体電解質層と、前記固体電解質層を支持するアノードとを有する電解質層−電極接合体の製造方法であって、
プロトン伝導性を有するペロブスカイト型酸化物と、ニッケル酸化物との混合物を成形する工程A、
前記工程Aで得られる成形物の一方の主面に、プロトン伝導性を有するペロブスカイト型酸化物を含むペーストの塗膜を形成する工程B、および
前記塗膜が形成された前記成形物を、50体積%以上の酸素を含む雰囲気下、1100〜1350℃で焼成して、前記成形物から前記アノードを、前記塗膜から前記固体電解質層を、それぞれ生成させるとともに、前記アノードと前記固体電解質層とを一体化させる工程Cを含む、燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014236434A JP6398647B2 (ja) | 2014-11-21 | 2014-11-21 | 固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法および燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法 |
EP15860984.2A EP3223350B1 (en) | 2014-11-21 | 2015-07-21 | Anode for solid oxide fuel cell and manufacturing method therefor, and manufacturing method for electrolyte layer-electrode assembly for fuel cell |
KR1020177013457A KR20170085049A (ko) | 2014-11-21 | 2015-07-21 | 고체 산화물형 연료 전지용 애노드 및 그의 제조 방법, 그리고 연료 전지용 전해질층-전극 접합체의 제조 방법 |
PCT/JP2015/070647 WO2016080019A1 (ja) | 2014-11-21 | 2015-07-21 | 固体酸化物型燃料電池用アノードおよびその製造方法、ならびに燃料電池用電解質層-電極接合体の製造方法 |
CN201580062497.2A CN107112545B (zh) | 2014-11-21 | 2015-07-21 | 用于固体氧化物燃料电池的阳极及其制造方法,以及用于燃料电池的电解质层-电极接合体的制造方法 |
US15/526,831 US10193161B2 (en) | 2014-11-21 | 2015-07-21 | Anode for solid oxide fuel cell and production method therefor, and method for producing electrolyte layer-electrode assembly for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014236434A JP6398647B2 (ja) | 2014-11-21 | 2014-11-21 | 固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法および燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016100196A true JP2016100196A (ja) | 2016-05-30 |
JP6398647B2 JP6398647B2 (ja) | 2018-10-03 |
Family
ID=56013584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014236434A Active JP6398647B2 (ja) | 2014-11-21 | 2014-11-21 | 固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法および燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10193161B2 (ja) |
EP (1) | EP3223350B1 (ja) |
JP (1) | JP6398647B2 (ja) |
KR (1) | KR20170085049A (ja) |
CN (1) | CN107112545B (ja) |
WO (1) | WO2016080019A1 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018139182A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材、固体酸化物型燃料電池、水電解装置、水素ポンプ及び固体電解質部材の製造方法 |
JP2018139183A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材、固体酸化物型燃料電池、水電解装置、水素ポンプ及び固体電解質部材の製造方法 |
WO2019171900A1 (ja) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | 住友電気工業株式会社 | 電解質層-アノード複合部材およびセル構造体 |
WO2019171905A1 (ja) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | 住友電気工業株式会社 | セル構造体 |
JP2020102304A (ja) * | 2018-12-20 | 2020-07-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料極および固体酸化物形電気化学セル |
JP2020149803A (ja) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | 住友電気工業株式会社 | 燃料極−固体電解質層複合体の製造方法 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11527774B2 (en) | 2011-06-29 | 2022-12-13 | Space Charge, LLC | Electrochemical energy storage devices |
US10601074B2 (en) * | 2011-06-29 | 2020-03-24 | Space Charge, LLC | Rugged, gel-free, lithium-free, high energy density solid-state electrochemical energy storage devices |
JP6398647B2 (ja) * | 2014-11-21 | 2018-10-03 | 住友電気工業株式会社 | 固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法および燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法 |
WO2018021020A1 (ja) * | 2016-07-29 | 2018-02-01 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材の製造方法 |
JP6897930B2 (ja) * | 2017-02-24 | 2021-07-07 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材の製造方法 |
KR101892909B1 (ko) * | 2017-05-11 | 2018-08-29 | 한국과학기술연구원 | 프로톤 전도성 산화물 연료전지의 제조방법 |
JP6596747B2 (ja) * | 2017-10-25 | 2019-10-30 | 富山住友電工株式会社 | 燃料電池及び金属多孔体の製造方法 |
CN109686989B (zh) * | 2018-12-29 | 2021-12-24 | 无锡极电光能科技有限公司 | 固态燃料电池负极材料的制备方法 |
DE112020000006T5 (de) * | 2019-01-30 | 2020-10-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Elektrochemische zelle |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007066813A (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Tokyo Institute Of Technology | 燃料電池用の電極およびこれを用いた固体電解質型燃料電池 |
JP2008047445A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-02-28 | Toda Kogyo Corp | 固体電解質セラミックス膜の製造方法、及び電気化学的デバイス |
JP2013206702A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 固体電解質、固体電解質の製造方法、固体電解質積層体及び固体電解質積層体の製造方法及び燃料電池 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5731097A (en) * | 1995-09-13 | 1998-03-24 | Kabushiki Kaisha Meidensha | Solid-electrolyte fuel cell |
CN1305864A (zh) * | 2000-01-20 | 2001-08-01 | 普拉塞尔技术有限公司 | 电子传导相比例低的多相固体离子和电子传导膜及其制法 |
CN100454621C (zh) * | 2005-07-14 | 2009-01-21 | 中国科学技术大学 | 一种固体氧化物燃料电池阳极及制备方法 |
CN100336251C (zh) * | 2005-11-09 | 2007-09-05 | 合肥学院 | 一种500~800℃中温固体氧化物燃料电池的阳极材料及使用其的阳极制备方法 |
CN101304092B (zh) * | 2007-05-11 | 2010-09-29 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其应用 |
CN101767008A (zh) * | 2008-12-29 | 2010-07-07 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 含镁的固体氧化物燃料电池阳极催化材料及制备和应用 |
CN101964422A (zh) * | 2009-07-24 | 2011-02-02 | 中国矿业大学(北京) | 钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料 |
CN102651477A (zh) * | 2011-02-25 | 2012-08-29 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种固体氧化物燃料电池镍基复合阳极材料及其应用 |
KR20130040640A (ko) * | 2011-10-14 | 2013-04-24 | 삼성전자주식회사 | 고체산화물 연료전지용 복합체 음극 소재, 상기 소재를 포함하는 음극 및 고체산화물 연료전지 |
CN103811772B (zh) * | 2012-11-09 | 2016-12-21 | 中国科学院物理研究所 | 含有钙钛矿型结构氧化物的复合材料及其制备方法和用途 |
JP6191090B2 (ja) | 2013-08-27 | 2017-09-06 | 住友電気工業株式会社 | 燃料極用電極材料、固体電解質−電極積層体、固体電解質−電極積層体の製造方法及び燃料電池 |
JP6398647B2 (ja) * | 2014-11-21 | 2018-10-03 | 住友電気工業株式会社 | 固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法および燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法 |
-
2014
- 2014-11-21 JP JP2014236434A patent/JP6398647B2/ja active Active
-
2015
- 2015-07-21 CN CN201580062497.2A patent/CN107112545B/zh active Active
- 2015-07-21 KR KR1020177013457A patent/KR20170085049A/ko unknown
- 2015-07-21 EP EP15860984.2A patent/EP3223350B1/en not_active Not-in-force
- 2015-07-21 US US15/526,831 patent/US10193161B2/en active Active
- 2015-07-21 WO PCT/JP2015/070647 patent/WO2016080019A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007066813A (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Tokyo Institute Of Technology | 燃料電池用の電極およびこれを用いた固体電解質型燃料電池 |
JP2008047445A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-02-28 | Toda Kogyo Corp | 固体電解質セラミックス膜の製造方法、及び電気化学的デバイス |
JP2013206702A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 固体電解質、固体電解質の製造方法、固体電解質積層体及び固体電解質積層体の製造方法及び燃料電池 |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018139182A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材、固体酸化物型燃料電池、水電解装置、水素ポンプ及び固体電解質部材の製造方法 |
JP2018139183A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材、固体酸化物型燃料電池、水電解装置、水素ポンプ及び固体電解質部材の製造方法 |
WO2019171900A1 (ja) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | 住友電気工業株式会社 | 電解質層-アノード複合部材およびセル構造体 |
WO2019171905A1 (ja) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | 住友電気工業株式会社 | セル構造体 |
JPWO2019171905A1 (ja) * | 2018-03-06 | 2021-02-12 | 住友電気工業株式会社 | セル構造体 |
JPWO2019171900A1 (ja) * | 2018-03-06 | 2021-02-12 | 住友電気工業株式会社 | 電解質層−アノード複合部材およびセル構造体 |
JP7136185B2 (ja) | 2018-03-06 | 2022-09-13 | 住友電気工業株式会社 | セル構造体 |
JP7156360B2 (ja) | 2018-03-06 | 2022-10-19 | 住友電気工業株式会社 | 電解質層-アノード複合部材およびセル構造体 |
JP2020102304A (ja) * | 2018-12-20 | 2020-07-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料極および固体酸化物形電気化学セル |
JP7202172B2 (ja) | 2018-12-20 | 2023-01-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料極および固体酸化物形電気化学セル |
JP2020149803A (ja) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | 住友電気工業株式会社 | 燃料極−固体電解質層複合体の製造方法 |
JP7107875B2 (ja) | 2019-03-11 | 2022-07-27 | 住友電気工業株式会社 | 燃料極-固体電解質層複合体の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107112545A (zh) | 2017-08-29 |
CN107112545B (zh) | 2020-05-19 |
EP3223350A1 (en) | 2017-09-27 |
US10193161B2 (en) | 2019-01-29 |
WO2016080019A1 (ja) | 2016-05-26 |
EP3223350A4 (en) | 2017-11-22 |
US20170373324A1 (en) | 2017-12-28 |
EP3223350B1 (en) | 2018-10-10 |
KR20170085049A (ko) | 2017-07-21 |
JP6398647B2 (ja) | 2018-10-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6398647B2 (ja) | 固体酸化物型燃料電池用アノードの製造方法および燃料電池用電解質層−電極接合体の製造方法 | |
JP6601488B2 (ja) | プロトン伝導体、燃料電池用固体電解質層、セル構造体およびそれを備える燃料電池 | |
JP6658754B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池、および電解質層−アノード接合体の製造方法 | |
JP2008004422A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用電極及び固体酸化物形燃料電池並びにその製造方法 | |
JP6121954B2 (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
JP6370696B2 (ja) | セル構造体、電解質膜−電極接合体、および、燃料電池 | |
JP2021155852A (ja) | 高温水蒸気電解セルの製造方法、高温水蒸気電解セル用水素極層の製造方法及び固体酸化物電気化学セルの製造方法 | |
JP5605888B1 (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
JP6664132B2 (ja) | 多孔質構造体とその製造方法、及びそれを用いた電気化学セルとその製造方法 | |
KR102111859B1 (ko) | 고체산화물 연료 전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 | |
KR101572477B1 (ko) | 고체산화물형 연료전지의 지지체를 겸하는 연료극 및 그의 제조방법 | |
JP5605890B1 (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
KR101521508B1 (ko) | 고체 산화물형 연료 전지의 지지체를 겸하는 연료극 및 연료극 지지형 고체 산화물형 연료 전지 | |
JP2024510216A (ja) | 金属支持体電気化学セル用金属基板 | |
JP7107875B2 (ja) | 燃料極-固体電解質層複合体の製造方法 | |
JP4508592B2 (ja) | 燃料電池セルの製法 | |
JP2014067562A (ja) | 固体酸化物形燃料電池及びそれを用いた発電方法 | |
JP2005174663A (ja) | 単室型燃料電池 | |
JP2008234927A (ja) | 固体酸化物形燃料電池の製造方法 | |
JP2009087539A (ja) | 燃料電池セルおよび燃料電池セルスタック、ならびに燃料電池 | |
JP2005174664A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
JP2020017408A (ja) | 固体酸化物形燃料電池セルおよびその製造方法 | |
JPWO2014027442A1 (ja) | 固体酸化物型燃料電池の支持体を兼ねる燃料極および燃料極支持型の固体酸化物型燃料電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170622 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180703 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180712 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20180712 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180807 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180820 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6398647 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |